钢结构设计规范范文
时间：2023-04-08 20:46:41
导语：如何才能写好一篇钢结构设计规范，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
【关键词】公路 铁路 房建行业 钢结构设计
我国建筑行业的快速发展，对建设施工标准提出了更高的要求。在我国的建筑领域，关于钢结构设计和钢材料的规范设计方面有许多规定，明确指出了钢材料型号、尺寸、计算、施工技术及检验标准等要求。为了使建筑施工及管理人员更好的掌握钢结构的设计原则与标准，本文主要对公路、铁路与房建行业的钢结构设计规范进行了比较分析，希望对相关研究领域提供帮助。
1 建筑施工中钢材型号选择
根据公路建设施工条件要求，公路钢桥主体结构通常采用Q345钢，无论哪种型号的钢材，都要满足公路桥梁设计施工标准。由于普通碳素结构钢也比较适用于桥梁结构设计，因而也可以在建设施工中采用该型号的钢材;《铁桥钢规》中明确指出，铁路钢桥的主体结构中应该使用质量等级是D、E级的Q345q、Q370q、Q420q 钢，在铁路桥梁的辅助结构或者是在桥梁的连接处，则需要使用Q235―B或Q（z）345c钢;而房建行业对于钢材型号的选择则具有不同要求，在房屋建设中使用刚才的型号通常为Q235、Q390、Q420 等，房屋建设中钢结构的质量标准要根据《低合钢》、《碳钢》中的要求来确定。从我国当前建筑行业的运行与发展情况来看，公路桥梁和铁路钢桥基本都是按照100年使用期限来进行设计与施工，而大部分的房屋建设则是按照50年的使用标准来设计，桥梁承受的重量多为动力载荷或者是冲击载荷。由此可以看出，公路和铁路设计施工中，钢材的性能要明显高于房屋建设中使用的钢材性能，其主体结构需要应用高强度的钢材。
2 钢结构设计方法
目前，容许应力法与极限状态法是工程建设领域中经常使用的结构设计方法。容许应力法从使用初期一直沿用至今，该方法主要是把建设材料看成是一种理想状态的弹性体，构件中任何部位的应力都不能超出材料本身的容许应力。在20世纪50年代，我国公路桥梁设计施工中，主要借鉴国外先进的施工经验，在施工中主要采用容许应力法。而且直到现在，我国铁路建设施工中，还依然采用容许应力法进行设计。
发展到80年代以后，我国在建筑施工中开始逐渐使用极限状态法，并且在钢结构房屋建设中得到了广泛应用，该计算方法把结构可靠度理论和概率理论作为了基础，而且设计标准进行了多次修改，逐步得到完善。尽管容许应力法具有操作简便、实用性较高等特点，但是也存在一定缺陷，该方法不能正确反映出材料的特性、构件抗力变异以及载荷效应，不能对材料的继续承载力进行准确分析，因而导致结构设计过于保守。而极限状态法则能够有效弥补容许应力法的缺陷，通过对可靠度指标的详细分析，使构件可靠度相互协调，并依托塑性理论，使材料的最大性能得到了发挥。当前，极限状态法已经成为了国际钢结构设计的主要方式，更好的满足了现代化大规模钢桥建设与发展的需要。
3 载荷设计
公路桥梁、铁路桥梁设计中的荷载要选用荷载的标准值，而在房屋钢结构的设计中，往往使用极限状态法，在应用该方法时，设计荷载是由荷载标准值与荷载分项系数、结构重要性系数以及可变荷载组合系数的一个组合值。在房屋钢结设计中，设计使用年限主要是由γ0（结构重要性系数）来反映，如果设计使用年限超过100年，或者安全等级是1级的钢结构构件，通常γ0值都会≥1.1，而其他结构构件的γ0值可以小于1.1。一般情况下，公路、铁路建设的使用设计年限都不小于100年，而房屋钢结构设计的安全等级也都为1级，因而γ0值都不能小于1.1。表1主要对房屋、公路和铁路钢结构设计中的强度和稳定性计算方法进行对比。
通过对房屋、公路和铁路钢结构强度、整体稳定性计算方法进行分析，可以发现，房屋建设设计规范虽然与公路、铁路设计之间存在差异，但是差异较小，计算公式基本相同。在房屋建设设计中，需要应用极限状态的计算方法，因而对主平面内的受弯正应力强度进行计算时，需要认真分析塑性的发展系数γx与γy。而在公路和铁路桥梁设计中，会使用容许应力法来进行设计，在对构件内力进行计算时，仅仅需要对材料弹性受力阶段的性质进行分析，并可以发现，在计算公式中并没有能够反映出材料塑性的相关参数。在《钢规》中，需要利用净截面面积和毛截面面积分别对结构强度和稳定性进行验算。《钢规》把钢结构的稳定性分成了整体稳定性与局部稳定性两种类型，整体稳定系数φ都小于1.0，并通过其来对整体结构的承载能力进行判断，通过对构件的高（宽） 厚比进行验算，并设置加劲肋，从而避免局部出现不稳定的现象。而《公桥钢规》《铁桥钢规》钢构件的稳定性主要凭借容许应力折减系数的方法来进行控制，在计算局部稳定性时，采用的方法与《钢规》中规定的方法相近，但是高（宽） 厚比却存在一定差异。
4 结语
本文主要对公路、铁路与房建行业的钢结构设计规范进行了比较分析，明确公路、铁路和房屋钢结构之间存在的差异，从而使建设施工人员能够更好的掌握钢结构的设计标准，同时为相关部门的管理者提供参考依据，从而提高工程项目的施工质量，促进我国建筑行业的发展。
参考文献：
[1]原华，吴卫华，李临庆.公路、铁路与房建行业钢结构设计规范比较研究[J].高等建筑教育，2014，08（15）：12-13.
[2]高策，薛吉岗.铁路桥梁结构设计规范由容许应力法转为极限状态法的思[J].铁路标准设计，2012，（04）：41-45.
篇2
【关键词】 节点连接 等强连接 刚性连接 节点域 弹性阶段 塑性阶段
中图分类号:G808 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)08-0202-02
1.引言
本文通过对STS模块中节点连接计算的实例计算数据,分析梁柱的刚性连接计算要点,在分析中综合软件,设计知识,规范三部分内容,将其有机结合。从而归纳总结节点设计的要点,同时提出软件计算的不足之处,STS模块采用的是2006.3的版本。
1.计算原则
建筑钢结构的节点连接,当非抗震设防时,应按结构处于弹性受力阶段设计,当抗震设防时,应按结构处于弹塑性阶段设计,节点连接的承载力应高于构件截面承载力。
2.计算目的
梁与柱的连接,按梁对柱的刚度的约束(转动刚度)大致可分为三类:即铰接连接、半刚性连接、刚性连接。本文仅对梁柱的刚性连接做计算分析。
梁与柱的刚性连接,其计算方法主要有以下两种:
(1)常用设计法
(2)精确计算法
节点抗震验算。
1)满足强柱弱梁的要求,即满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第8.2.5-1式即
。
2)满足强节点弱构件的要求:连接的受弯承载力和受剪承载力,满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第8.2.8-1
即和8.2.8-2即 。
3)节点域强度计算,满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第8.2.5-2。
本例计算简图及手算复核如下:
软件有关塑性截面模量的计算只给出计算的结构,对于计算过程未反映,现塑性截面模量计算如下:
HW300X300为双对称截面,所以全截面考虑塑性屈服时,受拉和受压侧的截面静矩相同:
ST=SC
应力计算,抗震设计时应满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第5.4.2条。本例手算复核如下:
对接焊缝与角焊缝的抗拉强度设计值不同,计算焊缝强度时,可先将对接焊缝面积 换算为等效的角焊缝面积 ,令焊缝的有效厚度不变,翼缘对接焊缝的长度即可按下式换算为等效角焊缝长度。
翼缘的惯性矩:
腹板的惯性矩:
翼缘惯性矩/全截面惯性矩:
0.9584
按照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第5.4.2条:
高强螺栓承担的剪力设计值为
焊缝承担的剪力设计值为
梁翼缘和腹板与柱形成的工字性焊缝中翼缘设计弯矩为:
腹板设计弯矩:
节点域屈服承载力:应满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第8.2.5-2或《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-1998)中第8.3.9-2. 节点域的体积:
折减系数:(假设按7度设防)
节点域屈服承载力:
假如节点域的屈服承载力不满足,如何来补强呢?依据《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-1998)中第8.3.9-2,在柱、梁截面一定的情况下,对H型钢柱,可在节点域加贴焊板,焊板上下翼缘应伸出加劲肋以外不小于150mm,并用不小于5mm的角焊缝连接贴板和柱翼缘可用角焊缝或对接焊缝连接。当在节点域的垂直方向有连接板时,贴板应采用塞焊与节点域连接。因柱、梁截面已定,唯独能改变的是节点域的体积,也即柱腹板的厚度tw。
实际柱腹板厚度为13mm。从这一角度也验证了计算的正确性。
小结:
通过以上对电算的计算过程分析及手算复核,可以归纳出梁柱刚性连接的计算要点有如下几点:
1. 当考虑地震计算组合时,应勾选“设计内力是否为地震作用组合”,不考虑地震作用组合时,可不选此项。
2. 当为非抗震设计时,内力采用梁端的实际内力设计值,当为抗震设设计时,可按梁端承载力计算。
3. 考虑现场实际的连接,操作工艺为先栓后焊,有可能才用高空焊接,焊接温度对高强螺栓预拉力有影响,高强螺栓的实际承载力应做折减,折减系数取0.9,系统默认值为1.0。角焊缝的连接强度设计值当不采用引弧板时取0.85.
4. 梁翼缘采用对接焊与柱翼缘连接,在分配弯矩时,应将对接焊缝转化为角焊缝,按翼缘惯性矩占全截面惯性矩的比例分配弯矩。
5. STS程序中计算节点域的稳定采用的是,而规范采用的是
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准,《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001) (2006年版),北京:中国建筑工业出版社,2006
[2] 中华人民共和国国家标准,《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002),北京:中国建筑工业出版社,2009
[3] 中华人民共和国国家标准,《建筑抗震设计规》(GB50011-2001)(2008年版),北京:中国建筑工业出版社,2008
[4] 王建,董为平编著,《PKPM结构设计软件入门与应用实例-钢结构》,北京,中国电力出版社,2008
[5] 夏志斌,姚谏编著,《钢结构设计―方法与例题》,北京,中国建筑工业出版社,2005
[6] 《钢结构设计手册》编辑委员会,《钢结构设计手册手册》(第三版),北京,中国建筑工业出版社,2004
篇3
关键词：轻型轻型钢结构设计；刚度；稳定性；连接
Abstract: based on the basic condition of steel structure gently and gently steel structure characteristics of the development of understanding, introduces the light of light steel structure design principle, and then to steel structure stiffness, gently overall stability, high strength bolt connection, support, and weld in design are discussed in this paper.
Keywords: light of light steel structure design; Stiffness; Stability; connection
中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：
引言： 轻型钢结构在高层建筑使用已经几十年。轻型钢结构建筑的许多优点,比传统的混凝土结构、砌体结构等,它具有性能稳定、强度高、质量轻、抗震性能好、施工可厂方制造现场装配,不仅加快了施工进度,能大大缩短施工周期，而且基本的成本低,材料可回收再生、节能、节地、节水。作为一种绿色环保建筑,近年来,轻型钢结构建筑被列为重点推广项目。由于炼钢技术和成型制造技术日益成熟,它给用轻型钢结构工程带来了新的生命,工程建设也不断增加,因此,它将不断完善自身的轻型钢结构的设计。一、轻型钢结构工程设计原则 1、轻型钢结构的稳定设计
轻型钢结构的一个突出问题就是稳定性。在各类轻型钢结构中,都会遇到稳定性问题。对这种问题,将造成严重的后果。所以,我们轻型钢结构设计必须掌握稳定设计。目前,轻型钢结构出现在失稳的事故是由于设计师的缺乏经验、结构和成分的稳定性的概念,使总体结构设计中存在的薄弱环节的稳定性设计。另一方面是由于新出现的结构,如空间网架、网壳结构,设计了如何设计还没完全理解。
2、结构计算简图和计算方法的简图相一致
框架结构的稳定性计算是非常重要的,目前在设计单层及多层框架结构,往往不分析框架的稳定性,而只是框架柱稳定性计算。在使用计算简图这种方法,使用的框架柱计算长度系数稳定,整体稳定分析框架应当是通过使稳定性计算框架稳定计算效果。然而,实际的框架不同的,而且设计为了简化计算工作,需要设置一些典型的条件。
二、轻型钢结构的设计
1、刚度设计
国标GBIl7 - 88《钢结构设计规范》多层架与重级工作制吊车的厂房变形控制要求一个明确的规则。对于普通的单层结构、国标CECSIO2:98《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》作出了明确规定。构造变形主要涉及适应性的问题,系统总体结构安全涉及不太深。与单一轻钢结构屋面通常不上人。设计时轻钢结构厂房变形控制是可适当放宽。放松变形对那些主要由变形控制架构是非常重要的经济意义。
2、整体稳定设计
2．1框架构件设计
整体稳定系数计算公式：
（1）
式中：Φb一梁整体稳定系数；
βb―梁整体稳定等效弯矩系数；
λy―梁侧向支撑点间对接弱轴的长细比；
Wx―按受压纤维确定的梁毛截面抗矩；
A―梁毛截面面积；
h―梁截面全高；
tw―梁受压翼缘厚。
由式(1)知，构件整体稳定承载能力与λ²y成反比。由于λy与受压翼缘的自由长度Ly，成正比，故解决整体稳定最经济有效的办法是对受弯构件的受压翼缘增加侧向支撑以减少Ly。因为在轻型钢结构设计中，由于檩条彩板屋盖结构的檩条的侧向支撑作用(檩条间距一般为l200―1500mm)，梁的整体稳定往往有保证。这样就可以不必为整体稳定而加宽翼缘，增加用钢量。设计时还应注意，檩条只能约束屋面梁上翼缘和柱外翼缘。但是由于轻型钢结构屋面往往较轻，风荷的改变往往会改变内力的方向，因此粱下翼缘及柱内翼缘也都存在受压的可能。对于这种情况，设计时可在构造I通过设置隅撑来解决(隅撑一般可用L45×3小角钢)。隅撑连接梁下翼缘(或柱内翼缘)与檩条，使之形成侧向约束，来解决梁下翼缘(或柱内翼缘)的整体稳定。
2．2檩条设计
采用z型、c型檩条时，设计成搭接的连续性檩条而成为连续梁计算模式比以简支梁为模式的效果好。尉为连续梁模式比简支梁模式的刚度大，稳定性优于简支梁。在美国钢结构图纸与技术中，他们计算稳定的自由长度Ly取值是连续梁跨中反弯点之间的长度。它比我国现在一般取的自由长度要小，因此稳定性也优于简支梁。接连续粱模式设计成的檩条，其檩条的拼接处一般都在跨度的三分之一处，现场安装往往会有高空作业。这一点施工时应注意。
3、局部稳定设计
根据弹性理论，四边简支板的临界剪应力为：
（2）
由式(2)知：板的局部失稳临界剪应力与(h／tw) ²成反比，故h／tw越小越好，设计时为了节省钢材就须增大h／tw值以提高构件的抗弯模量。这时解决局部失稳往往可以不必增大腹板厚tw，一般是通过设加劲肋的方法来解决。在国标GBJl7―88《钢结构设计规范》中，h／tw≥80设加劲肋的规定就是基于临界剪应力与抗剪屈服应力相等定出的。这个规定对于普通钢结构是合适的。但对于轻型钢结构，因为荷载较小，往往剪应力也很小，要远远低于抗剪屈服应力。在低剪应力下，即使h／tw≥80也不会产生局部失稳现象。因此设计时，只要剪应力未达屈服剪应力，就可不设加劲肋。但实际设计时往往做不到这一点，往往h／tw≥80时都设加劲肋，这样一般情况下，多用了约10％的钢材。这一点设计轻型钢结构时须考虑。
4、高强度螺栓连接设计
在大跨度、振动的结构中，反向应力较大，甚至正、反向应力基本持平。在这种情况下，建议用摩擦型高强螺栓连接。在别的一般情况下，均可用承压型高强螺栓。但是设计承压型高强螺栓时，亦应注意国标GBJl7―88《钢结构设计规范》之规定：承压型高强螺栓的承载能力不得大于按摩擦型高强螺栓计算出的承载能力的1．3倍。
5、支撑设计
轻钢结构,经常使用交叉式杠杆、花篮螺栓安装支撑体系(拉压杆系统支持经常被用来在重型厂房)。拉压杆支持系统一般很少使用轻钢结构。但拉杆设计支持,实际工程设计中,常常不单独设置此直接压杆,一般来说,加强檩条充当。此外,布局的数量通常支持3 ~ 4列布置的距离。
6、焊缝设计
在设计规范的受力已经明确的焊缝的强度。这里所讲的焊接指梁、柱腹板和翼缘板之间的焊缝。因为这些焊接在轻钢结构制作中占了绝大部分的焊接工作。梁柱腹板的焊缝和翼缘之间是转移主要翼缘和腹板剪切应力之间的。翼缘之间和腹板剪力很小,所以他们可以焊接是非常小的。在美国钢结构施工图,焊缝的处理是单面焊缝的广泛使用,这使得焊接大大减少工作量。自动焊接机能力的一次左右。那么为什么不使用国内施工图单面焊缝吗?究其原因大致有:一是目前国内最轻钢结构的制造商还没有解决单面焊缝不对称变形;二是长设计人员已形成一种习惯,不想改变原有的施工方法。只要很好地解决非对称变形的问题,对梁翼缘之间的单面焊焊缝金属网都可以使用。然而,对于那些力大的重要的部分是必须使用双面焊接,如吊车梁、支架等。
结束语
随着经济的发展，轻型钢结构生产的标准化，轻型钢结构会在建筑市场占据越来越重要的地位。而有关轻型钢结构的设计方法也将越来越科学，从而推动了轻型钢结构的发展。
参考文献
[1]GBJl7―88，钢结构设计规范[s]
[2]编写组、轻型钢结构设计资料集[M]北京：中国建筑工业出版社．1980．
篇4
Abstract： The steel structure has been widely used in construction， but have some accidents caused the loss of casualties and property， most of which were due to the instability failure. This article discussed the concept of stability design， the principle and methods of analysis.
【关键词】钢结构；稳定性；失稳；设计
稳定性是钢结构的一个突出问题。在各种类型的钢结构中，都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好，将会造成工程事故。钢结构失稳破坏的原因通常是其结构设计不合理，存在结构设计缺陷，要从杜绝此类事故发生，钢结构稳定性设计是主要问题。
1钢结构稳定性设计的基本概念
1）强度与稳定的区别
稳定性不是强度问题。强度是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起的最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度，它是应力问题。稳定问题则主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，从而设法避免进入该状态，因此，它是变形问题。如轴压柱，由于失稳，侧向挠度使柱中增加很大的弯矩，柱子的破坏荷载远低于它的轴压强度。显然，轴压强度不是柱子破坏的主要原因，失稳才是主要原因。
2）钢结构失稳的分类[1]
钢结构的失稳就其性质而言，可以分为以下三类：
（1） 第一类稳定问题或者具有平衡分岔的稳定问题（也叫分支点失稳））。完善直杆轴心受压时的屈曲和平板中面受压时的屈曲均属于这一类。
（2） 第二类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题（也叫极值点失稳）。由建筑钢材做成的偏心受压构件，在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力，属于这一类。
（3）跳跃失稳是一种不同于以上两种类型的稳定问题，它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。
2钢结构稳定性设计的原则
根据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则，以更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定。
1）钢结构布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求。目前钢结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架。保证这些平面结构不出现平面外失稳，需要从结构整体布置来解决，如增加必要的支撑构件等。要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致。
2）结构计算简图需与实用计算方法所依据的简图一致[2]，当设计单层或多层框架结构时，通常不做框架稳定分析而只做框架柱的稳定计算。采用这种方法计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，应通过框架整体稳定分析得出，使柱稳定计算等效于框架稳定计算。在实际工程中，框架计算简图和实用方法所依据的简图不一致的情况还可举出以下两种，即附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架。这两种情况若按规范的系数计算，都会导致不安全的后果。所以所用的计算方法与前提假设和具体计算对象应该相一致。
3）钢结构的细部构造设计与构件的稳定计算应一致
保证钢结构的细部构造设计与构件的稳定计算相符合，是钢结构设计中需要高度注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在解决梁整体稳定时上述要求就不够了，支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁在平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。
3钢结构稳定性的设计方法
钢结构的稳定性包括整体稳定性和局部稳定性。几何缺陷和力学缺陷都是引起结构整体不稳定的因素。几何缺陷和主要是初始的弯曲和初始偏心影响的。力学缺陷主要是残余应力影响的。稳定性不能孤立的考虑单个构件，还要考虑相邻构件对其影响。局部屈曲不一定导致整体结构承载能力的丧失，但却影响着整体稳定的临界力。
钢结构稳定问题的分析都是针对在外荷载作用下结构存在变形的条件下进行的，此变形应该与结构或构件失稳时出现的变形相对应。结构变形与荷载之间呈非线性关系，稳定计算属于非线性几何问题，采用的是二阶分析方法。结构体系、构件的长度、连接方式、截面的性状尺寸、残余应力的分布以及外荷载作用等一系列的条件都将影响稳定计算的结果。稳定计算所确定的不论是屈曲荷载还是极限荷载，都可视为所计算的结构或构件的稳定承载力。稳定计算不能应用应力的叠加原理[3]，可以应用叠加原理的构件必须满足一下两个条件，意识不存在材料的非线性，二是不存在几何非线性。而弹性稳定计算不符合第二个条件，非弹性稳定计算两个条件都不符合。
压弯构件整体稳定性验算分为平面内稳定性验算和平面外稳定性验算。平面内失稳-压弯构件在弯矩和轴线压力共同作用下，可能在弯矩作用的平面内发生整体的弯曲失稳。其受力条件相当于偏心压杆。平面外失稳-开口截面压弯构件的抗扭刚度和弯矩作用平面外的抗弯刚度通常都不大，当侧向没有足够支承以阻止其产生侧向位移和扭转时，构件可能因弯扭屈曲而破坏。
4钢结构稳定性设计的几点体会
1）目前钢结构设计多借助钢结构计算机软件进行结构受力计算，结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可依靠程序自动完成，结构和构件的平面外强度及稳定计算，需要设计者另做分析、计算和设计。此时可将整个结构按标高分解成多个不同布置形式的结构体系，在不同的水平荷载作用下，进行结构体系的强度和稳定计算。
2）受弯钢构件的板件局部稳定有两种方式：一是以屈曲为承载能力的极限状态，并通过对板件宽厚比的限制，使之不在构件整体失效前屈曲；二是允许板件在构件整体失效前屈曲，并利用其屈曲后强度，构件的承载能力由局部屈曲后的有效截面确定。对于不考虑屈曲后强度的梁局部稳定，可对梁设置横向或纵向加劲肋，以解决梁的局部稳定问题，加劲肋按《钢结构设计规范》规定设置；对于组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算按《钢结构设计规范》第4.4规定执行。
3）轴心受压构件和压弯构件局部稳定有两种方式：一是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比；二是控制腹板计算高度与其厚度之比。对于圆管截面的受压构件，应控制外径与壁厚之比，加劲肋按《钢结构设计规范》第5.4规定设置。
5 结语
在实际设计中，应加强对结构的整体稳定、局部稳定以及平面外稳定的设计，克服结构设计缺陷，以免在设计过程中发生不必要的失稳损失。
参考文献：
[1]夏志斌，潘有昌结构稳定理论.高等教育出版社.1988.11-12
[2]陈绍蕃.钢结构稳定设计指南.中国建筑工业出版社，1995
篇5
关键词：重钢厂房吊车设计 柱间支撑 柱设计 肩梁计算等
1、钢结构由于其独特的性能被广泛应用于建筑场合，在我国有着广阔的发展前景。钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。说目前一般将钢结构分为轻钢、重钢和设备钢结构三种结构。重钢：厂房行车起吊重量：>25吨；每平米用钢量：>_50KG/M2如：造船厂、石化厂房设施、轧钢炼钢车间、电厂厂房、大跨度的体育场馆等。
2、轻钢：主要承重结构为实腹门式刚架，具有轻型屋面和外墙，无吊车或吊车起重量不大于20吨，工作级别为中轻级的钢结构建筑。
3、设备钢结构是指大型设备中的钢结构部分，以下结构应可划入设备钢结构范畴：架桥机的塔架钢结构、NN2机的起重大梁、起重机车身、大型设备支架等。
一、工程概况
浙江德兴船舶工业有限公司小干岛船舶修造基地项目位于舟山小干岛南面。分段车间为单层钢结构厂房，共三跨，24米+30米+24米，中间跨檐口标高为23.7米，两端跨檐口标高为15.9米。车间中间跨通常设置双层吊车，上层为2台100t电动双梁桥式吊车，下层为2台30t电动双梁桥式吊车，两个端分别设置2台80t电动双梁桥式吊车和2台50t电动双梁桥式吊车，均为A5工作制。
二、吊车梁设计：
吊车梁设计应吊车厂家提供的吊车资料进行设计，具体步骤如下：
1、根据吊车资料，计算出吊车的最小轮压，
最小轮压=（吊车总重+吊车的吊重）/n-最大轮压
其中n为吊车一侧的轮子数。
2、吊车梁挠度的控制L/1000，根据《钢结构设计规范》GB50017-2003附录A.
3、吊车梁制动系统设置，由于本工程吊车吨位较大且柱距较大，应设计吊车制动梁，制动梁计算可参照《钢结构设计手册》8.9.2条设计。
三、主刚架设计
1、确定厂房的高度及牛腿标高确定：厂房高度一般根据吊车工艺要求确定，一般计算原则为：
厂房的最小净高=吊车的最大吊高+吊车顶至吊车吊钩的高度+吊车运行高度。
牛腿标高=吊车梁的轨顶标高-轨道高度-吊车梁高度。
2、排架柱设计
选择柱截面尺寸，应满足下列要求：
1）房屋刚度要求：要按房屋的性质、跨数、柱距、高度、工业厂房的吊车起重量大小及工作制等因素确定。
2）构造上的要求：对于工业厂房应满足吊车跨度和吊车边缘净空尺寸的要求。
本工程吊车吨位非常大，厂房高度较高，根据工程经验，应设计为阶形格构式柱较经济合理，所以本工程中上层吊车牛腿以下采用格构式钢柱，以上采用实腹式钢柱。格构式柱截面尺寸可根据《钢结构设计手册》表10-3选用，
中柱截面确定具体如下：
其中H为柱之全高，本工程约为28m.
查表α=
β=0.25~0.5
=2150mm~1580mm
取值h3=1700mm；
=425mm~850mm 本工程取b3=500mm；
边柱同理：h3=1200mm；b3=450mm；
柱长细比应满足《钢结构设计规范》GB50017-2003表5.3.8要求。
柱翼缘宽厚比、腹板的高厚比均应满足《钢结构设计规范》GB50017-2003第5.4.1及5.4.2条要求。
主钢柱位移控制及主钢钢梁挠度控制均应满足《钢结构设计规范》GB50017-2003附录A的要求。
吊车荷载输入计算模型时，应采用吊车梁传给牛腿最不利组合的荷载。
采用PKPM的重钢结构设计模块进行内力分析设计
主刚架的荷载计算模型如下：
计算模型
四、柱间支撑设计
重钢厂房中，柱间支撑的设计非常重要，柱间支撑用以保证房屋的纵向稳定和空间刚度，同时承受厂房的端部山墙的风力、吊车的纵向刹车荷载、温度应力和地震作用，并将上述荷载传至基础。
1、柱间支撑的布置原则：
（1）a）应满足房屋的生产净空要求；b）应满足房屋的刚度要求；c）柱间支撑应与屋面支撑设置协调；d）每一个温度区段的每一列柱，一般应设置柱间支撑。
（2）下段柱的柱间支撑位置，决定纵向结构温度变形和附加温度应力的大小，因此应尽可能设在温度区段的中部，当温度区段长度大于120m时，可在温度区段中间三分之一范围内设置，两道支撑的中心距离不宜大于60m。
（3）上段柱柱间支撑，除在下段柱间支撑的柱距间布置外，为了传递端部山墙风力及地震作用和提供上部结构的纵向刚度，应在温度区段两端设置。
（4）阶形柱的下段柱柱间支撑，一般在两个柱肢内设置双片支撑。上段柱高度小于1m，柱间支撑一般为单片支撑。
2、柱间支撑长细比控制：
吊车梁以下的柱间支撑，压杆长细比≤150，拉杆长细比≤300
吊车梁以上的柱间支撑，压杆长细比≤200，拉杆长细比≤400
十字交叉支撑一般可按受拉杆件设计，十字交叉支撑倾角一般为。
3、柱间支撑纵向水平荷载，可按下述原则确定：
（1）纵向风荷载：由房屋两端山墙传来的集中风荷载W；
（2）吊车的纵向水平荷载标准值Td，Td=0.1
-在同一柱列吊车梁上由两台起重量最大的吊车所有刹车轮的最大。轮压之和。
（3）作用在房屋纵向的其他水平力，如管道设备的水平推力、纵向温度应力，地震作用产生的水平力等，按实际情况进行设计。
五、屋面支撑
为保证承重结构在安装和使用过程中整体稳定性，提高结构的空间作用，减小屋架杆件在平面外的计算长度，应根据结构的形式、跨度、房屋高度、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等设置支撑系统。屋面支撑系统包含横向支撑、竖向支撑、纵向支撑和系杆等。
1、设计屋面支撑应遵守以下原则：
（1）在设置有柱间支撑的水平面内必须设置横向支撑，并将二者布置为封闭型。
（2）所有的横向支撑、纵向支撑和竖向支撑均应与屋架、托架等杆件或檩条组成几何不变的桁架形式。
（3）在房屋每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。
（4）传递风力、吊车水平力和水平地震作用的支撑，能使外力由作用点尽快传递到结构的支座。
（5）柱距越大，吊车工作量越繁重，支撑的刚度应越大。
（6）在地震区应适当增加支撑，并加强支撑节点的连接强度。
2、抗震区支撑布置，可参照《钢结构设计手册》表7-39设置。
3、杆件截面设计
1）支撑中的交叉支撑斜杆按拉杆设计，刚性系杆按压杆设计。
2）压杆、拉杆长细比控制满足《钢结构设计规范》GB50017-2003第5.38条和第5.3.9条的要求。
3）对下列情况的支撑杆件，除应满足长细比的要求外，尚应根据内力计算其强度、稳定及连接。a、承受较大端墙风力的屋面横向支撑和刚性系杆。b、竖向支撑兼做檩条作用时。c、考虑房屋结构的空间作用而用纵向支撑作为弹性支撑的连接桁架时。
六、重要节点设计
1、肩梁设计；
（1）肩梁构造要求：
a、肩梁的腹板高度除应根据计算确定外，尚应具有一定的高度，以保证柱接头的刚度10mm。
b、肩梁是由腹板、上盖板、下盖板和垫板所组成。为减小肩梁腹板厚度可在肩梁的腹板的两侧各侧焊接端面支承板。肩梁盖板的宽度不得小于吊车梁支座板的宽度，不宜小于300mm，板厚可根据吊车反力确定。
（2）肩梁计算：
a、肩梁的腹板可近似地按简支梁计算，作用于肩梁上的力P1，P2。
，
N、MX-肩梁以上截面最不利组合的轴心力和弯矩。
h1-上段柱两翼板中心间的距离；h2-肩梁腹板的计算跨度
b、肩梁腹板的抗弯强度和抗剪强度可参照《钢结构设计手册》第条10.2.6设计。
c、当肩梁下面的下段柱为实腹式柱时，可不必作强度计算。
d、上段柱翼缘板与肩梁腹板的连接强度，可取上段柱最大轴心力P1或P2计算焊缝。
2、柱脚设计：
钢柱柱脚类型较多，一般由底板、靴板、隔板、加劲板、锚栓及其支承托座等组成。
a、柱脚底板的计算：
底板宽度B一般按构造确定，底板的长度L应按混凝土的最大受压应力不超过其轴心抗压强度设计值fc乘以局部承压时的提供系数βC.
式中N、M为柱底板最不利组合的轴心力和弯矩。
对于仅轴心受压的格构式柱分离式柱脚可以按公式计算。
底板的厚度t，可按公式，M为底板弯矩。
b、柱脚靴梁、靴板计算，柱脚加劲板计算、柱脚锚栓计算、柱脚的构造要求可按照《钢结构设计手册》10.2.8条公式进行设计。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009 -2001（2006年版）
[2]中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011 -2001（2008年版）
[3]中华人民共和国国家标准《钢结构设计手册》上册（第三板）
篇6
ABSTRACT The main building structure design of coal mine of preparation plant is described in this paper.
关键词：钢结构选煤厂 主厂房 设计
KEYWORDSSteel structureCoal mine of preparation plantThe main building Design
中图分类号：TU391 文献标识码： A
1、工程概况
本工程位于山西省大同市山阴县，为某能源有限公司改扩建工程的主厂房，该选煤厂改扩建后设计生产能力后的设计生产能力2200万吨／年。主厂房是煤炭行业选煤厂建筑的核心组成部分，其不但要满足常规厂房建筑的房屋功能外，还必须满足煤炭洗选工艺的使用要求，为大量的选煤设备提供可靠的支承，并保证结构的安全可靠和使用舒适度要求。
本项目主厂房概况：长度84.5m，宽度38m，檐口高度36.4m；上部主要有六个楼层：首层：地面主要是各类设备基础如：各种泵、桶等设备基础；二层主要设备有：刮板机、离心机等；三层主要设备是脱介筛、破碎机和高频筛、浮选机等；四层主要设备是磁选机、旋流器和一条刮板机；五层主要设备原煤分级筛、加压过滤机、主洗浅槽等；六层主要设备：块煤再洗稀介磁选机、两条刮板机及一条皮带机头。主厂房内带一台20t吊车，吊车跨度36.8m。主体结构为钢框架结构，维护结构采用压型钢板+玻璃丝棉现场复合板。
该工程结构设计的主要问题在于：
（1）荷载类型多，选煤厂主厂房结构设计除要考虑常规建筑结构设计的荷载如：永久荷载、可变荷载、风荷载、雪荷载及地震作用外，还需考虑设备荷载及振动设备荷载对结构的影响及设备吊装、检修时的荷载等等。
（2）楼层高度大，建筑平面、立面均极不规则，荷载在平面上位置分布也极为不均匀。一般厂房层高5～7米，内部有大的挑空空间，挑空高度在十几米到二十二米之间，少数抗风柱高达37m，中间无框架梁支撑。
2、设计荷载、结构设计与分析
该工程建筑抗震设防类别为标准设防类。按照该地区设防烈度7 度计算地震作用，抗震措施按照7 度考虑，钢框架抗震等级为四级。设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组，特征周期0.55s。建筑结构安全等级为二级，结构的设计使用年限为50 年，建筑场地类别为Ⅲ类。地基基础设计等级为丙级。
2.1、荷载类型及取值
在选煤厂主厂房结构设计时，除要考虑常规建筑结构设计的荷载如：永久荷载、可变荷载、风荷载、雪荷载及地震作用外，还需考虑常规设备荷载及振动设备荷载对结构的影响及设备吊装、检修时的荷载等。
根据《选煤厂建筑结构设计规范》（GB50583-2010）规定，选煤厂主厂房楼面可变荷载5.0KN/㎡，压滤机附近及设备检修荷载按10.0KN/㎡。提升孔周围的梁，应按本层最大起重量作用在梁上产生的弯矩、剪力影响线的最大值进行计算，但框架计算时可不计入。
主厂房内的主要设备很多，且有些设备荷载很大，在重型设备区域内楼面均布可变荷载在计算中需扣除；在设备等效均布荷载小于4kN/m2的小型设备区域，按楼面可变荷载计算。
2.2结构设计
2.2.1结构布置原则
选煤厂主厂房结构布置应结合工艺设备，根据功能分区、环境条件、荷载分布、材料供应和制作、施工条件等因素，择优选择结构体系和合理布置结构构件及支撑等抗侧力构件，使厂房结构刚度尽量分布均匀和结构受力合理。由于工艺布置等条件限制，选煤厂主厂房的结构平面布置和竖向布置均不规则，荷载在平面上位置也分布不均匀，在平面上很难让质量重心与结构的刚度重心一致或接近，结构竖向布置时也极不规则，有的位置设备布置集中，有的位置没有设备，也就不需要布置结构楼层，导致部分楼层以上只有局部位置有结构楼层，其余部位平面开大洞。结构布置上则需要尽可能使结构受力简单明确，荷载传递路径简捷。
2.2.2 振动设备附近的结构布置
由于本工程中各个设备之间的恒载和振动荷载等相差很大，而且平面荷载分布也不均匀，为了降低平面荷载不均布置对结构扭转的影响，在结构布置时尽量使两个方向的框架梁贯通布置，减少楼板开洞，在设备洞口边设置次梁，减小开洞对楼板水平刚度的影响，并降低设备工作所带来的楼板振动，改善操作人员的工作环境。
选煤厂主厂房内能够引起较大振动的设备有低频类(转数2000rpm)，例如电动机、泵等。常用动力设备中影响楼面垂直振动的是中频率机器，影响厂房水平振动的是低频率机器。振动筛、离心脱水机等中频率机器，工作时主要引起楼面的垂直振动，以垂直振动为主的设备应尽量布置在梁的支座和柱子附近，增加次梁数量，减小其旁边楼板板面积，提高楼板的整体刚度，减小楼层的振幅；压滤机、重介旋流器等属于低频率机器，以水平振动为主，梁的跨中部位，并应使扰力沿梁的轴线方向作用,以避免和厂房共振。振动筛下的结构布置等时考虑使其扰力方向与承重结构水平刚度较大的方向一致。当大型设备跨越柱网轴线布置时，设备下的框架梁贯通。
2.2.4柱间支撑
主厂房框架柱间支撑的设置应保证结构体系的稳定，且具有足够的水平抗侧刚度，使水平荷载传递路径短捷和传力明确，并应结合结构体系的形式、刚性楼板、荷载分布和结构计算分析统一考虑。根据主厂房工艺设备布置、荷载分布及结构计算结果，在边跨的~轴之间，沿柱高全范围设置柱间支撑，在厂房两端的第一个柱间的吊车梁牛腿面至柱顶的范围内设置上柱柱间支撑。由于柱截面较大，柱间支撑截面采用双肢截面。
2.2.5地基基础及地基处理
本厂房所处场地为Ⅱ级自重湿陷性黄土场地,土层承载力特征值为110kPa~180kPa。为了提高土层的承载力和消除土层的湿陷性，经综合考虑后，本工程地基处理采用采用孔内深层强夯灰土挤密桩（DDC法施工）消除基底以下粉土的湿陷性并提高地基土承载力，桩长13.0m，桩径400mm，成桩直径550mm，等边三角形布桩，桩间距800 mm，要求处理后地基承载力特征值不小于250kPa，基础采用钢筋混凝土独立基础。
3、结构分析计算
3.1 结构计算模型
厂房主体结构采用PKPM 钢结构模块STS及SATWE程序的计算模型采用三维模型，考虑楼板开有大的洞口，在整体模型计算中设置开洞板和完全弹性板，除考虑楼板变形影响外，更加准确地模拟楼板实际受力状况。模型考虑了重力二阶效应(P-A 效应)，柱子计算长度系数按有侧移计算，层刚度比按弯剪刚度计算，抗震计算考虑偶然偏心和双向地震作用。设备荷载以静力荷载的形式按设备荷载加物料的荷载乘以动力系数后施加。钢柱长细比限值、梁柱板件宽厚比、支撑的构造措施均按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的附录H2中规定的要求设置。
3.2计算结果分析
经计算分析，主厂房结构的前两个振型均为平动，其剪重比、刚度及长细比等各项指标均能满足规范要求。
考虑到选煤厂主厂房荷载较大，不可预见荷载因素较多，且有许多振动筛的振动荷载，主厂房结构设计中将主要承重构件的应力比不应太高。对于重型设备，尤其是振动设备周围的梁应力比还应适当降低。SATWE的主要计算结果见表2。
3.3梁、柱截面
由于主厂房结构平面及竖向布置复杂，荷载分布不均匀，还有振动筛的振动荷载，因此通常构件的截面变化较大。梁柱的截面形式主要采用热轧H型钢和焊接H型钢，柱间支撑采用槽钢。部分应力比较大的钢柱材质为Q345B钢，其余钢梁、钢柱材质均为Q235B钢。
3.4楼板
楼板采用非组合压型钢板楼面(用1.0mm厚压型钢板上浇钢筋混凝土楼板体系)，压型钢板作为设备安装平台及楼板混凝土的底模。对于振动设备较集中的楼面，楼板跨度不大于2.0m，楼板厚度150mm，楼板上较大洞口周边设边梁。为了避免设备振动引起楼面裂缝，振动设备较多的楼面上部钢筋双向连续配筋。
3.5振动梁的设计和构造要求
在选煤厂主厂房中，由于振动筛、离心机等常用大型振动设备的频率在16Hz左右，因此只要将振动梁的自振频率控制在16／0.7≈23 以上，便能满足《选煤厂建筑结构设计规范》（GB50583-2010）第6.3.16条规定的条件：“梁第一频率密集区内最低自振频率计算值大于设备的扰力频率”，即可认为不发生共振，这根振动梁也不需要进行动内力计算，避免了在设备启动和停车时出现与结构共振的情况。在设计确定直接振动梁的固有振动频率时，应根据结构的实际情况来确定计算简图，也就是梁的支座、梁的截面刚度、梁上的荷载等的确定。
由于本厂房在第2、3、5层布置的振动筛、离心机、破碎机等振动设备较多，钢梁承受的振动荷载较大。为了尽量降低振动设备对整体结构的影响，其中本工程中振动梁的设计，利用sap2000对部分直接支承振动设备的钢梁进行了振型分析。计算梁的振型时，梁结构自重、梁上恒载、设备及物料自重等根据实际情况按实际位置布置于钢梁上，其他活荷载均不考虑，钢梁两端简支梁考虑。计算设备振动的频率(f)与振动梁自振频率(fo)的比值，二者的共振区为0.75≤f/fo≤1．25，即振动梁的自振频率与振动设备的频率至少相差25%。由于振动梁承受着较大的动力荷载,存在疲劳的问题，因此在振动梁的制作上要求翼缘与腹板的焊缝为全熔透焊缝，质量等级为一级。
3.6钢结构的防腐和防火
由于选煤厂中经常使用水冲洗楼面，环境比较潮湿，且煤中含有硫磷等物质，对于钢结构厂房的耐久性影响较大。因此主厂房钢结构构件应采取有效防腐蚀措施，保证结构的设计使用年限。
根据《选煤厂建筑结构设计规范》（GB50583-2010）及《建筑防火设计规范》GB 50016—2006有关规定，选煤厂主厂房的钢结构不需做防火涂料。
结论：
1、近年来，随着国家对于提高能源的利用效率及节能减排的要求越来越高，越来越多的煤炭企业进一步加强了对煤炭的精加工力度。主厂房作为选煤厂的核心建筑物，由于工艺流程比较复杂，设备种类繁多，而且有许多设备工作时振动荷载比较大，因此厂房的结构布置比较复杂，结构所受竖向荷载不均匀，需要采取经济合理的结构布置形式来满足工艺的需求和结构的可靠性。
2、对结构复杂的结构体系，不能仅依靠程序的计算结果，而是要根据计算的结果和建筑物的实际工况加以判断，分析计算结果是否符合实际的工作状况，来确保结构设计安全可靠。
参考文献：
1.《建筑结构荷载设计规范》 GB50009-2012
2. 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
3.《选煤厂建筑结构设计规范》GB50583-2010
4.《煤矿矿井建筑结构设计规范》 GB50592-2010
篇7
【关键词】： 设计钢框架节点连接方式构造要求
中图分类号：TU323文献标识码： A
1.概述
随着新能源的开发，LNG液化天然气作为新能源在国内发展起来，作为LNG站场中主要的构筑物，液化钢框架占据着重要的地位。分析液化框架的荷载计算、设计过程中应注意的问题、采用钢框架形式和钢框架节点连接方式及构造要求是进行液化框架设计的关键。
2.荷载计算
2.1 竖向恒荷
支撑设备梁根据设备运行时的总重量，均分到每个节点上，按集中力输入；楼面荷载按照每平米钢格栅板的重量进行核算。
2.2 竖向活荷载
楼面活荷载按照5.0/m2计算。
2.3 水平恒荷载
设备运行作用在支撑设备梁上的水平恒荷载，此应力由工艺专业提供，若工艺专业不能提供，先按照《石油化工管架设计规范》第6.2水平推力仅考虑按式：Fgk=kjGkUj 计算。即设备重量x0.3x牵制系数，然后此力按集中恒荷载输在梁上
2.4 水平活荷载（风荷载）计算：
设备运行作用在支撑设备梁上的水平活荷载，是立式设备在风荷载作用下产生的水平力，此力按集中活荷载输在梁上。
除作用在设备梁上的水平活荷载，整个钢框架计算时，输入基本风压，程序自动计算整个钢框架的风荷载。
3 设计过程中应注意的问题
3.1恒活荷载计算信息
由于钢的弹性模量比混凝土大得多，对纯钢结构可以按”一次性加载“计算恒载。
3.2周期折减系数
周期折减系数的目的是为了充分考虑填充墙刚度对计算周期的影响，本单体无填充墙，故取1。
3.3结构的阻尼比
根据《建筑抗震设计规范》第8.2.2条规定“钢结构抗震计算的阻尼比宜符合下列规定：（1）多遇地震下的计算，高度不大于50m时可取0.04；高度大于50m且小于200m时，可取0.03；高度大于200m时，宜取0.02。液化框架阻尼比取0.03。
3.4修改构件计算长度系数
根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第5.3.3条，对于无支撑纯框架，按“有侧移”框架选择框架柱的计算长度系数；对于有支撑框架，按“无侧移”框架选择框架柱的计算长度系数。
钢柱的“有侧移”或“无侧移”选择，也可近似按一下原则考虑：
（1）当楼层最大柱间位移小于1/1000时，可以按无侧移设计；
（2）当楼层最大柱间位移大于1/1000但小于1/300时，柱长度系数可以按1.0设计；
（3）当楼层最大柱间位移大于1/300时，应按有侧移设计。
4.结束语
本文通过对液化钢框架的荷载计算、设计过程应注意的问题分析，对今后液化钢框架的设计起到了指导作用,提高了工作效率。
参考文献
[1]GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》；
[2]GB 50017-2003《钢结构设计规范》；
[3]GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》；
[4] 《钢结构设计手册》（下册） 中国建筑工业出版社；
篇8
【关键词】 钢结构 荷载 结构体系 材料
1 引言
随着环境保护标准日趋严格，以长袋低压脉冲除尘器、分室反吹袋式除尘器和静电除尘器为代表除尘装置大型化并多以户外型存在已成不争事实。以箱形结构为除尘空间除尘器壳体多为骨架式钢结构。除尘装置壳体不仅要形成高效除尘功能还具有先进承载结构与安全经济运行条件。随着我国经济飞速发展，钢结构技术水平日益提高，支承骨架式除尘装置钢结构支座得到广泛应用。钢结构是影响骨架式除尘装置安全和经济性能重要部件，目前关于骨架式除尘装置特殊设备钢结构设计技术并不成熟，本文对钢结构设计方案、材料、节点选择和设计计算方法进行总结并提出设计要点建议。
2 骨架式除尘装置钢结构设计
骨架式钢结构多由柱、梁、板、支撑、围护结构和支座等组成，除尘工艺装置荷载分布与体系科学分解，由梁与柱传递至设备基础。支座由柱子及柱间支撑组成。箱体及支座组成牢固的空间结构体系，承担各种外力作用。骨架式钢结构要保证壳体钢结构强度与稳定性，支持除尘工艺装置完成气体除尘与净化功能，承担除尘器支承、安装和安全防护。
2。1 形式与结构选择
按箱体与支架连接方式分为带活动支座结构及箱体与支架连为一体结构。钢支座常用结构有框架体系、柔性支座体系、框架支撑体系钢结构设计时首先应根据钢支座几何高度、作用荷载的大小、运行操作空间选择最合理结构体系方案。骨架式除尘装置自重大，在地震作用时会产生较大水平力，结构体系包括两个抗力系统，即抗重力系统和抗水平侧力系统。
2.1.1 框架结构
框架结构由梁与柱构成。结构特点是空间布置灵活、安装方便，但抗侧刚度较小，耗钢量较大，经济性较差。适用于运输空间无法设置支撑工程。
2.1.2 柔性支座
柔性结构由支撑与柱构成。骨架式除尘装置没有设置活动支座，将骨架式除尘装置立柱支承连接在若干根竖直钢支柱上，支柱间没有连梁，每榀支座最多只有一根立柱斜撑限位，其它支柱可随骨架式除尘装置壳体热膨胀移动。结构相对简单，耗钢量最少，但受到斜撑角度限制。一般用于支座高度在 4-6m范围工程。
2.1.3 框架支撑
框架支撑是指在框架结构中布置竖向支撑的形式，以传递水平荷载和保持框架体系的刚度。支撑体系刚度大、构造简单、耗钢量较小，适用于各种高度的支座，是目前最常用的结构。
2.2 材料选择
2.2.1 钢材强度等级
钢材强度等级根据截面不同控制而合理选择。当计算梁柱截面为强度控制时选用较高强度等级钢材。梁柱截面为变形或稳定控制时优先选用较低强度等级钢材。 当梁柱截面为变形或稳定控制时应优先选用较低强度等级钢材。一般情况下骨架式除尘装置钢支座立柱选用Q345 钢，其它构件选用 Q235 钢，结构和经济合理性较好，可节省钢材 15%。
2.2.2 截面形式
构件截面形式较多，受力性能差异较大，设计时可根据结构布置和受力情况合理选择。常规骨架式除尘装置钢支座各构件主要承受轴心力作用，对轴心受压柱，从经济方面考虑采用双轴对称截面。根据制造省工原则优先采用型钢，若柱两方向计算长度相等采用钢管较易满足等稳定性要求，但钢管柱在与其它相邻构件连接时，构造往往较复杂且其价格亦相对较高。若柱两方向的计算长度相差较大且荷载不太大时采用工字钢。当框架支撑体系中支撑按拉杆设计时，截面形式主要应按强度条件考虑，避免过于柔细。若无其它条件限制在满足强度条件同时，构件截面应配合刚度条件要求，尽量开展，选用宽肢薄壁材料。
2.3 节点连接设计
2.3.1 梁柱连接
目前在实际工程中梁与柱的连接有刚性连接和铰接连接。刚性连接刚度大，能承受设计要求的弯矩，但构造复杂、费用较高，一般只用于框架结构。铰接连接构造简单、传力简捷、施工方便，框架支撑结构中可采取铰接连接。
2.3.2 柱脚连接
柱脚分为刚性连接和铰接连接两种类型。刚性柱脚虽然刚度大，但结构复杂，一般较少采用。铰接柱脚对柱基沉降的适应性较强，而且施工方便、计算简单、受力明确，经计算分析，在框架支撑体系中应用较为经济合理。
2.4 荷载计算
荷载计算依据 GB50009-2001。《建筑结构荷载规范》；GB50011-2001《建筑抗震设计规范》和GB50191-93《构筑物抗震设计规范》规定进行。
除尘器支架承担着垂直荷载和水平荷载。重直荷载由上部箱体传来，同时考虑支座自重；水平荷载由风荷载或地震产生。在带活动支座的支座结构中还应承担由于温度变化引起箱体伸缩产生水平摩擦力，摩擦力可由支座顶部横梁来承担。在箱体与支架连为一体结构中不必考虑由于温度变化引起箱体伸缩而产生力，支架柱顶部没有活动支座，支架柱顶部可随箱体一起做少量位移，对箱体没有约束，不产生伸缩摩擦力。结构要求支座支撑结构布置合理使箱体中心点成为不动点，其余各点均能自由伸缩，同时使结构成为稳定体系。荷载类型及其取值是保证骨架式除尘装置结构设计安全和经济重要参数。在钢支座设计中必须掌握各种荷载特性和量值及可能出现荷载组合，以确定合适布置形式及经济截面选择。
2.5 其它
2.5.1 焊缝质量
焊缝质量等级分一、二、三级，检验等级分 A、B、C 三级，评定等级分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别。检验等级就是检验方法，全焊透一、二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验，一级焊缝探伤比例为 100%，二级焊缝为 20%。超声波探伤检验等级参照建筑钢结构。当检验等级确定后根据检测出来结构进行等级分类，评定等级，一、二级质量等级焊缝对应评定等级分别为Ⅱ、Ⅲ级。设计中不能将符号写错，否则将引起检验上的争议。对于钢材等强对接用剖口熔透焊缝应不低于二级；对于角焊缝的外观质量应不低于三级。
2.5.2 涂装
钢结构构件钢材表面除锈等级一般为Sa2.5 级。手工和动力工具除锈等级只有 St2、St3两种。喷射有利于钢材与涂料的粘接，还可消除部分残余应力优先选用。防锈涂层由底漆、中间漆、面漆组成，涂料与除锈等级相匹配并指定涂膜厚度。
3 结束语
骨架式除尘装置钢结构设计只有充分考虑除尘器结构特点，从设计方案、材料、节点选择每一环节进行合理选型和科学计算才能使钢结构设计既经济合理，又安全可靠，在市场竞争中立于不败之地。
参考文献
[1] GB50017-2003.《钢结构设计规范》[M]，中国计划出版社
[2] 陈基发、沙志国编.《建筑结构荷载设计手册》[M]， 中国建筑工业出版社
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关键词：建筑钢； 结构设计； 稳定； 探讨
Abstract: the steel structure because of high strength, light weight, good antiseismic and material can be recycled, and many other advantages and is widely applied to the modern building engineering. Stable steel structure design of safety and service life of building an important role. In this paper, the steel structure instability forms, construction steel structure stability design are analyzed, and the stability of the steel structure design principle and the attention problems were discussed.
Keywords: building steel; Structure design; Stability; explore
中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：
1 钢结构失稳形式
钢结构失稳形式存在多样性外，还应了解下列四个方面的特点：（1）稳定问题要考虑构件及结构的整体作用；（2）稳定计算要按二阶分析进行；（3）考虑初始缺陷的极值稳定计算正在取代完善构件的分岔点稳定计算；（4）稳定性不仅通过计算来保证，还需要从结构方案布置和构造设计来配合。
2建筑钢结构的稳定性设计
钢结构的稳定性设计、在各种类型的钢结构中，由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生、为了更好地保证钢结构稳定设计中构件不失稳定，保证工程质量及使用安全，有必要对钢结构的稳定性设计进行详细探讨。
2.1钢结构稳定性的概念。钢结构强度小或失稳都会造成结构破坏，但是强度与稳定的概念并不相同、钢结构的强度是一个应力问题，指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度、钢材以其屈服点作为极限强度、而稳定是一个变形问题，构件所受外部荷载与结构内部抵抗力间是不稳定的，关键是找出这一不稳定的平衡状态，避免变形急剧增长而发生失稳破坏。
2.2钢结构稳定性设计要点。在符合钢结构设计的一般原则前提下，要保证钢结构的稳定性还需满足以下条件：
2.2.1钢结构布置必须从体系和各组成部分的稳定性要求整体考虑，目前钢结构大多是按照平面体系进行设计，如桁架和框架、保证平面结构不出现平面外失稳，要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致，如增加必要的支撑构件等。
2.2.2实用计算方法所依据的简图与结构计算简图保持一致中层或多层框架结构设计框架稳定分析通常是省略的，只进行框架柱的稳定计算、由于框架各柱的杆件稳定计算的常用力法、稳定参数等是依据一定的简化典型情况或假设者得出的，因此设计者要能保证所有的条件符合假设时才能应用。
3钢结构稳定性设计的原则
3.1钢结构布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求，目前钢结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架。保证这些平面结构不出现平面外失稳，需要从结构整体布置来解决，如增加必要的支撑构件等。要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致。
3.2结构计算简图需与实用计算方法所依据的简图一致当设计单层或多层框架结构时，通常不做框架稳定分析而只做框架柱的稳定计算。采用这种方法计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，应通过框架整体稳定分析得出，使柱稳定计算等效于框架稳定计算。《钢结构设计规范》（GB50017-2003）对单层或多层框架给出的柱计算长度系数采用了5条基本假定，其中包括：“框架中的所有柱子是同时丧失稳定的，即各柱同时达到其临界荷载”，按照这条假定，框架各柱的稳定参数、杆件稳定计算的常用方法，是依据一定的简化假设或者典型情况得出的，设计者需确认所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。
3.3钢结构的细部构造设计与构件的稳定计算应一致保证钢结构的细部构造设计与构件的稳定计算相符合，是钢结构设计中需要高度注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度。对桁架节点应尽量减少杆件偏心。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如：简支粱就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在解决粱整体稳定时上述要求就不够了，支座还需能够阻止粱绕纵轴扭转，同时允许粱在平面内转动和粱端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。
4建筑钢结构设计中应注意的问题
4.1钢结构住宅的设计。钢结构住宅有低层和多层之分、低层一般用于别墅，而多层用于公寓、根据抗震规范GB50011对12层以下和以上房屋的不同要求，建造钢结构住宅一般不宜超过12层。钢结构住宅抗震性能受结构布置规则性影响、因此，其平面布置应力求规则、对称、不规则布置在地震时容易遭到损坏。
4.2钢结构稳定性设计的经验。
4.2.1借助于计算机技术和相关软件的发展，目前钢结构设计中结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可由计算机辅助完成，而由设计者对结构和构件的平面外强度及稳定计算，进行分析、计算和设计、为了提高效率和提供方便，在设计时可将整个结构按标高进行分解，简化成不同水平荷载作用下的多个布置形式的结构体系来进行强度和稳定的计算。
4.2.2受弯钢构件的板件局部稳定可以通过几种方式实现:①限制板件宽厚比，使之达到屈曲的极限承载能力，不在构件整体失效前屈曲；②允许板件在构件整体失效前屈曲，然后利用其屈曲后强度达到构件的承载能力；③对梁设置横向或纵向加劲肋，以解决不考虑屈曲后强度的梁的局部稳定问题。
4.2.3轴心受压构件和压弯构件局部稳定也可通过两种方式实现，分别是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比和控制腹板计算高度与其厚度之比，如果受压构件为圆管截面，则应控制外径与壁厚之比。
5钢结构稳定性设计的的几点体会
5.1目前钢结构设计多借助钢结构计算机软件进行结构受力计算，结构和构件的平面内强度及整体稳定计算可依靠程序自动完成，结构和构件的平面外强度及稳定计算，需要设计者另做分析、计算和设计。此时可将整个结构按标高分解成多个不同布置形式的结构体系，在不同的水平荷载作用下，进行结构体系的强度和稳定计算。
5.2受弯钢构件的板件局部稳定有两种方式：一是以屈曲为承载能力的极限状态，并通过对板件宽厚比的限制，使之不在构件整体失效前屈曲；二是允许板件在构件整体失效前屈曲，并利用其屈曲后强度，构件的承载能力由局部屈曲后的有效截面确定。对于不考虑屈曲后强度的粱局部稳定，可对粱设置横向或纵向加劲肋，以解决粱的局部稳定问题，加劲肋按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定设置；对于组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第4.4规定执行。
5.3轴心受压构件和压弯构件局部稳定有两种方式：一是控制翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比；二是控制腹板计算高度与其厚度之比。对于圆管截面的受压构件，应控制外径与壁厚之比，加劲肋按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第5.4规定设置。
6 结语
钢结构在建筑工程当中应用的范围十分广泛，究其原因在于其拥有自重轻，高强度和工业化强度高的特点。自从国家将轻型钢结构住宅建筑通用体系的开发和应用列入到国家重点技术创新项目以来，建筑钢结构的发展取得了一定的成效。然而近年来由于地震等自然灾害的频繁发生，钢结构失去稳定而造成的事故也越来越多，对社会主义的经济建设造成了严重的危害，因此关于建筑钢的稳定结构设计越来越受到人们的关注。
参考文献：
[1]黄友江，钢结构的稳定设计分析[J].黑龙江科技信息，2009
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钢筋混凝土多层、多跨框架软件开发
2.项目研究背景：
所要编写的结构程序是混凝土的框架结构的设计，建筑指各种房屋及其附属的构筑物。建筑结构是在建筑中，由若干构件，即组成结构的单元如梁、板、柱等，连接而构成的能承受作用(或称荷载)的平面或空间体系。
编写算例使用建设部最新出台的《混凝土结构设计规范》gb50010-xx,该规范与原混凝土结构设计规范gbj10-89相比，新增内容约占15%，有重大修订的内容约占35%，保持和基本保持原规范内容的部分约占50%，规范全面总结了原规范实施以来的实践经验，借鉴了国外先进标准技术。
3. 项目研究意义：
建筑中，结构是为建筑物提供安全可靠、经久耐用、节能节材、满足建筑功能的一个重要组成部分，它与建筑材料、制品、施工的工业化水平密切相关，对发展新技术。新材料，提高机械化、自动化水平有着重要的促进作用。
由于结构计算牵扯的数学公式较多，并且所涉及的规范和标准很零碎。并且计算量非常之大，近年来，随着经济进一步发展，城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化，更加剧了房屋设计的复杂性，许多多高层建筑不断的被建造。这些建筑无论从时间上还是从劳动量上，都客观的需要计算机程序的辅助设计。这样，结构软件开发就显得尤为重要。
一栋建筑的结构设计是否合理，主要取决于结构体系、结构布置、构件的截面尺寸、材料强度等级以及主要机构构造是否合理。这些问题已经正确解决，结构计算、施工图的绘制、则是另令人辛苦的具体程序设计工作了，因此原来在学校使用的手算方法，将被运用到具体的程序代码中去，精力就不仅集中在怎样利用所学的结构知识来设计出做法，还要想到如何把这些做法用代码来实现，
4.文献研究概况
在不同类型的结构设计中有些内容是一样的，做框架结构设计时关键是要减少漏项、减少差错，计算机也是如此的。
建筑结构设计统一标准(gbj68-84) 该标准是为了合理地统一各类材料的建筑结构设计的基本原则，是制定工业与民用建筑结构荷载规范、钢结构、薄壁型钢结构、混凝土结构、砌体结构、木结构等设计规范以及地基基础和建筑抗震等设计规范应遵守的准则，这些规范均应按本标准的要求制定相应的具体规定。制定其它土木工程结构设计规范时，可参照此标准规定的原则。本标准适用于建筑物(包括一般构筑物)的整个结构，以及组成结构的构件和基础;适用于结构的使用阶段，以及结构构件的制作、运输与安装等施工阶段。本标准引进了现代结构可靠性设计理论，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定，即将各种影响结构可靠性的因素都视为随机变量，使设计的概念和方法都建立在统计数学的基础上，并以主要根据统计分析确定的失效概率来度量结构的可靠性，属于“概率设计法”，这是设计思想上的重要演进。这也是当代国际上工程结构设计方法发展的总趋势，而我国在设计规范(或标准)中采用概率极限状态设计法是迄今为止采用最广泛的国家。
结构的作用效应 常见的作用效应有：
1.内力。
轴向力，即作用引起的结构或构件某一正截面上的法向拉力或压力;
剪力，即作用引起的结构或构件某一截面上的切向力;
弯矩，即作用引起的结构或构件某一截面上的内力矩;
扭矩，即作用引起的结构或构件某一截面上的剪力构成的力偶矩。
2.应力。如正应力、剪应力、主应力等。
5.变形。作用引起的结构或构件中各点间的相对位移。变形分为弹性变形和塑性变形。
6.应变：如线应变、剪应变和主应变等。
极限状态 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态可分为两类：
1.承载能力极限状态。结构或结构构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形的极限状态：
(1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆等);
(2)结构构件或连接因材料强度被超过而破坏(包括疲劳破坏)，或因过度的塑性变形而不适于继续承载; (3)结构转变为机动体系;
(4)结构或结构构件丧失稳定(如压屈等)。
2.正常使用极限状态。结构或结构构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态。出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：
(1)影响正常使用或外观的变形;
(2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝);
